利用地方博物館藏品開發中學物理教學資源

劉 俊，李奇云

湖南理工學院物理與電子科學學院，湖南 岳陽 414000

1 引言

地方博物館是一個地區傳統文化的重要載體，是一個地區歷史的濃縮。2021年底，全國已備案的博物館有6183家，是一座豐富的教學資源寶庫。近年來,越來越多教育專家將教育資源開發的目光投向各級博物館藏品，但其開發主要集中在歷史、地理和美術等人文學科，對物理學科的教學資源開發還相對較少。《普通高中物理課程標準（2017年版）》建議在編寫教材時應該關注不同地區、不同民族的自然和人文環境，充分利用科技館、博物館、科普圖書和科普視頻等教育資源。物理學科知識不只限于冰冷的科學原理，更應該與生活傳統文化相結合。讓學生在物理學習過程中體驗傳統文化之美，繼承和發揚傳統文化，培養學生的“文化自信”。

2 岳陽市博物館館藏資源

岳陽市博物館館藏豐富，主要分為岳陽古代文明陳列和岳陽民俗文化兩大部分。展品主要以文物和民俗活動為主，是古人智慧的結晶，蘊含著不少物理知識和思想，是優良的物理教學素材和資源。筆者從岳陽市博物館工作人員處得知，目前岳陽市博物館與當地中小學合作開展的教育活動主要以“流動博物館”的形式進入校園，即博物館工作人員利用圖片和視頻資源進行相關講解活動。此類活動偏向科普性質，主要進行歷史文化和思想政治等方面的教育。我們可以進一步深入挖掘館藏資源中蘊含的自然科學原理，將古代文明和民俗文化用于物理學科教學活動。筆者實地考察了岳陽市博物館的館藏資源，分析整理了館藏資源中蘊含的物理知識，按照知識模塊分類篩選出表1所示的物理教學資源。

表1 岳陽市博物館館藏中的物理教學資源

3 物理教學資源開發案例

建構主義學習理論認為，教師應當為學生創設學習情境，讓學生根據已有的知識和生活經驗，對出現的問題進行推斷和解釋，激發學生進行推理、鑒別和分析等思維活動，同時為學生提供豐富的信息資源以及適當的幫助，促進學生主動解決問題。博物館中的古代文物和民俗文化兼具有趣的內容和厚重的歷史沉淀，利用信息化和生活化等手段將其復制進課堂教學，可以讓傳統文化“活”起來，使得學生可以直觀感受傳統文化的魅力。教師可以根據文物蘊含物理知識的不同特點，將其應用于教學過程的不同環節。筆者分別選取了聲學、光學、熱學和力學板塊中的一個館藏資源，將“陶響球”設計開發成一個完整的教學案例；將“皮影戲”“龍舟競渡”和“失蠟法”應用于某一個具體的教學環節。

3.1 教學案例設計——陶響球

陶響球（圖1）是華容縣車轱山遺址出土的一種原始樂器，制作于至今約5000年的新石器時代，既是樂器，也是最早的聲音玩具。陶響球是一個中空的陶體球，球內填充沙礫，球表面有錐刺的24個曲面等腰三角形紋飾，集古人高超的制作工藝和藝術成就于一體。陶響球在日常生活中常用作小孩的玩具，也是一種音樂節拍器。舞者可以通過搖動陶響球節奏的快慢，來表達喜慶或哀傷的情感。利用陶響球這種古人有趣巧妙的玩具，激發學生的學習興趣，增強學生對我國傳統文化的認同感。陶響球蘊含的物理知識為聲現象，具體教學過程設計如表2所示。

圖1 陶響球模型（左圖）和館藏實物圖（右圖）

表2 陶響球教學案例設計

【教學效果與反思】該教學案例選用了圖片和視頻等直觀的教學資源。學生通常對古人的日常生活充滿好奇，所以具有較高的學習興趣。利用生活中常見的素材自制簡易陶響球模型，不僅鍛煉了學生的動手能力，也讓他們知道生活廢品也有利用價值。此外，實驗過程中還滲透了單一變量原則。不足的地方是素材形式較單一，主要以圖片和視頻方式呈現。學校應進一步加強館校合作程度，若能將博物館文物復制品引入課堂演示，或者在博物館文物旁進行現場教學，將進一步提升教學效果。

3.2 新課引入案例1——皮影戲

皮影戲又稱“影子戲”或“燈影戲”。據史書記載，皮影戲始于戰國時期，興于漢朝，繁盛于宋代，明清時傳入岳陽，現流行于平江、岳陽和臨湘等地。用燈照射獸皮或紙板做成的人物剪影（圖2），藝人們在幕布后一邊操縱戲曲人物剪影，一邊用當地的曲調唱述故事，同時配以打擊樂和弦樂，具有濃厚的鄉土文化氣息。皮影戲表演方式新奇有趣，適合應用于新課引入環節。

圖2 館藏皮影實物圖

涉及物理知識：光的直線傳播。

教學引入：教師播放民俗藝人表演皮影戲的視頻，然后簡單介紹皮影戲的歷史文化背景，引導學生回顧曾經看過的皮影戲表演情景。接下來提出問題讓學生思考和討論，從生活現象中習得新知識。

問題1：為什么皮影戲會在幕布上留下一個影子呢？

問題2：左右移動皮影，影子會怎么移動呢？

問題3：用什么辦法可以讓影子變大？

問題解決：光沿直線傳播，所以光無法繞過較大尺寸的障礙物照射到障礙物后方，因此在障礙物后方會形成一個陰影區域，也就是皮影的影子。雖然在課堂上無法完全重現皮影戲的演示過程，但是可以用手電筒和一張紙片做成一個簡易皮影戲表演模型（圖3）。通過移動紙片，讓學生觀察紙片和影子的移動情況。由于光沿直線傳播，所以可利用幾何關系分析影子和物體的位置關系。如圖3所示，光線與紙片所構成的三角形△ABC與光線和紙片影子構成的三角形△ADE相似，因此移動紙片靠近光源，就能夠使影子變大。

圖3 皮影戲表演模型圖

3.3 新課引入案例2——龍舟競渡

龍舟競渡俗稱“劃龍舟”（圖4），是岳陽端午節主要的民俗活動之一。相傳為紀念戰國時期投汨羅江而死的屈原，后來逐漸發展推廣成為一種隆重的節日文化活動。汨羅江端午節一般從農歷五月初一開始，到五月十五結束。2005年，龍舟競渡作為汨羅江端午習俗的一部分成為第一批國家級非物質文化遺產。

圖4 龍舟競渡

龍舟競渡蘊含的物理知識有機械運動、相互作用力、浮力、力的合成與分解等。龍舟競渡容易讓學生代入運動員視角，適用于新課引入環節。本案例用于講授“速度”這個物理概念。

【教學實施過程】教師播放龍舟競渡的視頻資料，然后通過以下設問引導學生逐步深入思考，進而引出“速度”這個物理概念，符合“先概念后名稱”的物理教育觀念。

問題1：如何判斷同時同起點出發的兩艘龍舟運動的快慢？

問題2：不同時間和不同路程情況下，怎么比較兩艘龍舟運動的快慢？

問題3：請估算生活中常見物體運動的速度。

【問題解決】判斷龍舟運動快慢有兩種方法。一種方法是在運動時間相同的情況下，比較運動路程的長短，運動路程長的龍舟運動快。另一種方法是在運動路程相同的情況下,比較花費時間的多少，花費時間越少說明運動越快。如果兩艘龍舟運動的時間和路程都不一樣，用路程除以運動時間，得到相同時間內運動的路程。相同時間內運動路程越長的龍舟運動越快。而路程與時間的比值就是速度。然后讓學生列舉日常生活中常見物體的運動速度大小，進一步深化“速度”這個物理概念。

3.4 教學拓展案例——失蠟法

失蠟法是從中國古代流傳下來的一種生產技藝，最初用于精密青銅器加工。工匠們先將蜂蠟雕刻成所需的器皿形狀，然后用耐火泥料外敷一層外殼。加熱升溫讓蜂蠟熔化，隨后從外殼底端開孔處流出，形成器皿狀空腔。最后注入融化的銅水，待銅水冷卻凝固后，一件精美的青銅器便完成了。此工藝過程中包含了多個物態變化過程，適用于教學拓展環節。

【教學實施過程】教師先設問：生活中，人們制作一件復雜的鐵器有什么方法？引導學生思考和討論。接下來，教師展示精美的青銅器圖片，介紹制作復雜精密青銅器的一種古老技藝——失蠟法。通過了解失蠟法的發展歷史，使學生認識到這種古老的生產技藝傳承發展到了現代，并應用于高科技領域，從而提升學生的民族自豪感。

【教學總結與反思】用失蠟法制作復雜的鐵器需先用易熔化的物質（如蜂蠟）捏成模具，然后在模具之外加上一層耐高溫的外殼。將固態的鐵熔化成液態的鐵水倒入耐熱的外殼，蜂蠟受熱熔化從模具底部小孔流出，而鐵水則填補了原來蜂蠟的空間，最后冷卻凝固成和蜂蠟模具一樣的形狀。整個過程涉及蜂蠟從固態到液態以及鐵水從液態到固態兩種物態變化過程。

4 結語

地方博物館館藏的教學資源帶有明顯的地方文化特色，可以開發為具有地方特色的校本課程和地方課程。對于特定類型的博物館，例如自然科學博物館和科技博物館，與自然科學結合性更強，更適合自然科學教學資源開發，但這種資源開發方式不易普及。大型綜合性博物館，例如中國國家博物館、湖南省博物館等具有成熟的線上展品資源，教師并不需要實地考察就可以獲得詳實資料開發成教學資源，這種教學資源開發應用模式更易推廣。